利用實時頻譜分析儀解決無線信號中的干擾問題

　　在當今日益擁擠的無線頻譜中，干擾變得越來越普遍和嚴重。鑒于許多無線信號的復雜性和動態性，需要同樣動態的測量工具來有效地對部署的系統進行故障排除和維護。

　　一種這樣的工具是實時頻譜分析儀 (RTSA) 功能，它提供高速、無間隙測量和各種信息顯示模式。將這些功能添加到手持式頻譜分析儀或組合分析儀后，現場人員可以使用一臺儀器來檢測、定位和解決同頻干擾和上行干擾等問題。數字信號處理 (DSP) 和模數轉換器 (ADC) 的不斷進步使 RTSA 觸手可及。

　　查看常見的干擾問題

　　任何類型的干擾都會對服務質量和體驗質量等性能指標產生深遠影響。幸運的是，故障排除人員可以專注于通常會導致無線系統出現問題的幾種干擾類型。相對于信號交互，干擾可能是同信道(CCI)、鄰信道(ACI)或互調失真(IMD)。從網絡操作的角度來看，基站和移動單元之間的下行鏈路或上行鏈路可能存在干擾。

　　在無線系統中，干擾通常是由位置很近的小區站點和始終在傳輸的基站引起的。噪聲會影響與移動用戶的下行鏈路連接，導致基站天線處的上行鏈路噪聲增加，并最終降低蜂窩基站容量。受損信號干擾比顯示在由移動設備生成并發送到基站的信道質量指標 (CQI) 報告中。低 CQI 會導致更多的數據重傳和網絡速度的下降。

　　在商用數字無線網絡中，外部干擾通常是運營商之間存在的窄頻率保護帶的結果。此外，任何頻譜的非法使用都會加劇這些問題。

　　評估傳統的干擾分析

　　如果網絡中存在干擾，典型的性能監控工具可能會報告各種問題：連接失敗、高信噪比 (SNR) 以及流量低時上行鏈路噪聲層上升。

　　下一步是檢測和定位問題的根源。傳統方法是使用連接到頻譜分析儀的定向天線，當罪魁禍首發送相對恒定的信號時，這種方法效果很好。

　　檢測非恒定信號需要使用大多數掃頻調諧和基于 FFT 的頻譜分析儀的“最大保持”顯示功能。然而，由于這些分析儀在掃描復位或 FFT 處理期間通常具有較長的死區時間，因此最大保持可能會非常耗時，因為它會逐漸累積“突發”或類似隨機信號的細節。它也可能錯過非常短暫的信號。

　　利用無間隙測量

　　RTSA 是一種 FFT 分析儀，在連續處理輸入數據的模式下運行，這解決了分析儀死區時間和類隨機信號的問題。分析儀設置為感興趣的起始頻率或中心頻率，頻率跨度小于或等于其最大實時分析帶寬。憑借其與 DSP 和顯示引擎同步的大緩沖存儲器，分析儀可以足夠快地處理和清空存儲器以捕獲所有傳入數據(圖 1)。無間隙測量流可以檢測分析儀實時帶寬內的動態瞬態和窄脈沖。

　　RTSA 性能是底層 ADC 和 DSP 硬件的一項功能。在當代分析儀中，最大實時帶寬范圍從手持式分析儀的 10 MHz 到臺式信號分析儀的 1 GHz。在現場故障排除中，10 MHz 通常足以滿足當今大多數無線應用的需求。

　　圖 1. 無間隙 RTSA 處理使用加權或“窗口”函數和重疊 FFT 計算來增強動態信號的測量和顯示。

　　兩個更重要且相關的特征是“100% 截獲概率”(POI)和最小可檢測信號。POI 定義了分析儀能夠以 100% 的概率和全幅度精度檢測到的最短信號持續時間;最小可檢測信號更短，是原始 ADC 和 DSP 性能的函數。在手持式分析儀中，POI 的典型值為 12 μs，最小可檢測信號的典型值為 22 ns。

　　在現場追蹤干擾時，另一個關鍵規范是無雜散動態范圍 (SFDR)。分析儀的前端性能越好，RTSA 就越容易從內部雜散信號中辨別出感興趣的低電平信號。

　　緩解干擾問題

　　CCI 是指與服務載波頻率相同或在其信道帶寬內的任何干擾信號。在數字無線系統中，干擾信號只有在與基帶幀同步時才會產生影響。

　　通常，CCI 對下行鏈路的影響更大，因為系統沒有關于此類干擾的直接反饋。例如，如果干擾源將射頻能量發射到 LTE 下行鏈路信道的中間，移動單元會檢測到較差的 SNR，并作為響應，在上行鏈路上傳輸更多功率。

　　CCI 的檢測和故障排除可能很困難，因為干擾源通常隱藏在載波信號之下。當使用傳統的頻譜分析儀時，檢測此類信號的唯一可靠方法是關閉載波發射機——這太具有破壞性，在現場不實用。

　　對于 RTSA，密度顯示是一種頻譜測量，它為頻率和功率增加了第三個維度——出現頻率。顯示屏采用顏色編碼以顯示發生率，范圍從紅色(經常)到藍色(較少)。由于干擾源在信號電平分布方面與載波不同，因此密度顯示更容易檢測同一信道中的多個信號(圖 3)。

　　圖 2. 與傳統的頻譜分析儀(左)相比，RTSA 和密度顯示(右)顯示在 W-CDMA 信號的中心存在雙向 FM 信號。

　　在 LTE 等寬帶系統中，上行鏈路中的噪聲限制了網絡容量和性能。由于系統內的蜂窩基站和移動設備以相同的頻率運行，因此控制系統內部和外部的所有噪聲至關重要。

　　使用 RTSA，執行無間隙捕獲然后應用密度顯示的能力使用戶能夠找到特定信號的時間特征并查看信號中功率的統計分布。這使得分離各種信號類型變得更加容易，即使在同一個網絡中也是如此。

　　檢查硬件問題

　　超過一半的干擾問題是由網絡中的射頻子系統或組件故障引起的，最常見的罪魁禍首是天線和電纜。

　　在天線中，關鍵性能參數是回波損耗或電壓駐波比 (VSWR)。如果發射天線的回波損耗降低，則將更少的能量傳輸到覆蓋區域。移動單元通過增加發射功率來響應，這會導致基站接收器處的噪聲增加。現場工作人員可能會將此誤解為外部干擾，從而使他們大打出手。每當懷疑有外部干擾時，第一步是使用適當配備的手持式分析儀測試(即掃描)天線。

　　電纜會受到各種環境力的影響，隨著時間的推移，連接器可能會腐蝕并且電纜可能會彎曲。這些類型的劣化通常會導致電纜損耗增加，從而降低小區邊緣附近的接收功率水平并導致 SNR 下降。執行與鏈路預算相關的常規電纜損耗測量是避免網絡內干擾問題的主動方式。

　　干擾是許多潛在問題的征兆。配備 RTSA 的手持式分析儀可以幫助工程師和技術人員快速檢測干擾問題，找出原因，并在實施修復后驗證系統性能。

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